集成电路测试仪控制模块设计

摘要

随着我国集成电路产业的快速发展，贯穿整个集成电路生产应用全过程的集成电路测试技术得到了快速提升。集成电路朝着高集成度，高复杂性，高精密度的方向发展，对集成电路测试仪的功能和性能要求也随之不断提升。集成电路测试仪控制模块作为测试仪系统的控制、通信中枢，其通信效率，系统工作信号的同步性、稳定性等是需要解决的重点问题。 本文基于混合集成电路测试仪项目，阐述了一种集成电路测试仪控制模块的设计，实现了测试仪系统的数据传输，命令下发，以及系统时钟、触发、校准信号的产生与分配。主要工作内容如下： （1）控制模块硬件电路设计。设计了系统控制模块，由控制板和系统底板组成，包括通信单元，信号发生单元，电源单元和辅助单元电路。 （2）通信网络设计。控制模块的通信单元为其核心功能之一，用于实现外部控制计算机到各测试模块的数据传输。外部计算机通过LAN接口与控制模块进行通信，控制模块内部实现LAN-PCIe-系统内部总线的数据转换，各个测试模块通过系统内部总线与控制模块实现通信。主要工作包括：LAN总线与PCIe总线的数据交互设计、PCIe总线与系统内部总线的数据交互设计。 （3）信号发生单元设计。信号发生单元给系统提供工作时钟、触发、校准等信号。根据整机系统设计需求，工作时钟、触发、校准等信号的同步精度误差小于40ps，时钟信号的抖动小于193.38fs。进行了方案论证、仿真以及电路验证。 （4）外部控制计算机与控制模块的通信软件设计。控制命令采用gRPC远程过程调用协议实现，数据传输使用FTP实现。设计了客户端软件与服务器端软件，实现了外部控制计算机与控制模块的控制命令和数据传输。 通过研究和设计，完成了集成电路测试仪控制模块和服务器端软件设计，实现了大批量数据的高速传输，提供了满足系统要求的工作时钟、触发、校准等信号，控制模块满足系统设计需求。

目录

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第一章 绪论

1.1课题背景

1.2集成电路测试技术发展现状

1.3集成电路测试仪控制模块发展现状

1.4本文的主要工作与技术指标

1.5本论文的结构安排

第二章 控制模块方案设计

2.1整体方案

2.1.1测试仪整机方案

2.1.2硬件指标及功能要求

2.2硬件方案

2.2.1系统通信方案

2.2.2信号同步与分配方案

2.2.3监控及电源方案

2.3本章小结

第三章 控制模块硬件设计与实现

3.1控制板与系统底板设计

3.2通信总线设计与实现

3.2.1通信单元固件逻辑架构设计

3.2.2PCIe总线控制器设计

3.2.3DMA控制器设计与实现

3.2.4DDR控制器设计与实现

3.2.5自定义总线控制器设计与实现

3.3处理器外围电路设计与实现

3.4信号同步分配电路设计

3.4.2时钟同步去抖分配电路设计

3.4.3 触发及校准信号同步分配电路设计与实现

3.5本章小结

第四章 基于gRPC协议的通信层接口软件设计与实现

4.1通信层接口软件需求分析

4.2通信层软件方案设计

4.2.1通信层接口软件架构模型设计

4.2.2中间件技术与RPC方案设计

4.3gRPC客户端与服务端程序设计

4.3.1gRPC整体开发流程及环境搭建

4.3.2proto文件设计与实现

4.3.3gRPC服务端程序设计与实现

4.3.4 大批量数据传输接口解决方案

4.4本章小结

第五章 系统调试与测试结果分析

5.1控制模块基础功能平台测试

5.2通信层软件测试

5.3 PCIe总线测试

5.4 信号同步电路测试及分析

5.4.1时钟同步去抖电路测试及分析

5.4.2触发、校准同步电路测试

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 未来研究方向展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果